(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアスケール部と、上記リニアスケール部に対向・配置されるＡ相センサとＢ相センサが設置された検出部とＺ相センサが設置された検出部とから構成されたリニアエンコーダにおいて、
アクチュエータのシャフトの少なくとも一部に平坦部を設け該平坦部に上記シャフトの長さ方向に直交する複数の目盛を縞状に設けることでリニアスケール機能を付与し、
上記Ａ相センサとＢ相センサが設置された検出部に対して上記Ｚ相センサが設置された検出部を上記リニアスケールの長さ方向にずらすとともに幅方向に一部重複させ且つ近接させて配置し、
上記リニアスケール機能は上記シャフトとは別の部材に付与され、それをシャフトの平坦部に取り付けたものであり、
上記複数の検出部は光学式センサから構成されており、
上記シャフトに回り止め機構を付与したことを特徴とするリニアエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアエンコーダを用いたことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに使用されるリニアエンコーダと該リニアエンコーダを用いたアクチュエータに係り、特に、リニアスケール部の構成を改良することによりその小型化を図ることができるとともに電磁ノイズの影響を受けることがないように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
【特許文献１】特開２００３−１３９５６６号公報
【特許文献２】特開平１１−３３２２０９号公報
【０００３】
上記特許文献１に開示されているリニアエンコーダは、固定子としてのベース部にリニアスケール部を固定し、可動子としてのテーブル部に光学式センサを固定した構成になっている。
【０００４】
又、特許文献２に開示されているリニアエンコーダは、可動子としてのシャフト周りに磁性体リングを固定し、その外周に二次検出コイルを設置し、さらにその外周に一次誘導コイルを巻いた構成になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載されているリニアエンコーダの場合であるが、アクチュエータが大型である場合には問題ないが、アクチュエータを小径化しようとした場合には、リニアエンコーダをアクチュエータ内に収めることができず、結局、アクチュエータの小径化が困難になってしまうという問題があった。
又、特許文献２に記載されているリニアエンコーダの場合であるが、この場合には、磁性体リング、二次検出コイル、一次誘導コイルを径方向に重ねていく構成になっているので、その分アクチュエータが大径化してしまうことになり、上記特許文献１に開示されているリニアエンコーダの場合と同様に、アクチュエータの小径化が困難になってしまうという問題があった。
又、特許文献２に記載されたリニアエンコーダの場合には、磁気式センサを用いた構成になっており、よって、アクチュエータの電磁駆動装置による電磁ノイズを受け易いという別の問題もあった。    
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、小径であって電磁ノイズの影響を受けないリニアエンコーダを提供するとともに、そのようなリニアエンコーダを用いた小型のアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるリニアエンコーダは、リニアスケール部と、上記リニアスケール部に対向・配置されるＡ相センサとＢ相センサが設置された検出部とＺ相センサが設置された検出部とから構成されたリニアエンコーダにおいて、アクチュエータのシャフトの少なくとも一部に平坦部を設け該平坦部に上記シャフトの長さ方向に直交する複数の目盛を縞状に設けることでリニアスケール機能を付与し、上記Ａ相センサとＢ相センサが設置された検出部に対して上記Ｚ相センサが設置された検出部を上記リニアスケールの長さ方向にずらすとともに幅方向に一部重複させ且つ近接させて配置し、上記リニアスケール機能は上記シャフトとは別の部材に付与され、それをシャフトの平坦部に取り付けたものであり、上記複数の検出部は光学式センサから構成されており、上記シャフトに回り止め機構を付与したことを特徴とするものである。
又、請求項２によるアクチュエータは、請求項１記載のリニアエンコーダを用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように本発明の請求項１によるリニアエンコーダによると、リニアスケール部と、上記リニアスケール部に対向・配置される検出部とから構成されたリニアエンコーダにおいて、アクチュエータのシャフトに上記リニアスケール機能を付与した構成になっているので、その分小型化を図ることができ、よって、それを組み込んだアクチュエータの小型化に大きく寄与することになる。
又、請求項２によるリニアエンコーダは、請求項１記載のリニアエンコ―ダにおいて、上記シャフトの全周にわたって縞状にリニアスケール機能を付与しているので、シャフトの全周領域にセンサを配置することができセンサの設置裕度を高めることができる。又、シャフトが回転しても何等支障が生ずることはない。
又、請求項３によるリニアエンコーダは、請求項２記載のリニアエンコーダにおいて、アルマイト加工によって上記縞を形成するようにしているので、比較的簡単な方法によって所望のリニアスケール機能を付与することができる。
又、請求項４によるリニアエンコーダは、請求項１記載のリニアエンコーダにおいて、上記シャフトの少なくとも一部に平坦部を設け該平坦部にリニアスケール機能を付与しているので、センサによる検出精度を高めることができる。
又、請求項５によるリニアエンコーダは、請求項４記載のリニアエンコーダにおいて、上記リニアスケール機能は上記シャフトとは別の部材に付与され、それをシャフトの平坦部に取り付けるようにしているので、リニアスケール機能の付与が容易化されるものである。
又、請求項６によるリニアエンコーダは、請求項４記載のリニアエンコーダにおいて、上記シャフトに回り止め機構を付与しているので、シャフトの回転を規制してセンサによる検出精度を高めることができる。  
又、請求項７によるリニアエンコーダは、請求項１記載のリニアエンコーダにおいて、上記検出部は光学式センサから構成されているので、電磁ノイズの影響を受けることなく高い精度の検出が可能になる。
又、請求項８によるアクチュエータは、請求項１〜請求項７の何れかに記載のリニアエンコーダを用いているので、その小型化を効果的に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。まず、固定子１がある。この固定子１は、ヨーク３と、このヨーク３の内周側に設置された複数個のコイル５とから構成されている。上記コイル５は４組の三相コイル７から構成されていて、上記三相コイル７は、Ｕ相コイル７ａと、Ｖ相コイル７ｂと、Ｗ相コイル７ｃとから構成されている。上記ヨーク３は、透磁率が高い磁性材料、例えば、軟鉄から構成されている。又、上記ヨーク３の両端にはガイド部材９、１１が取り付けられている。
【００１０】
上記コイル５の内周側には可動子１３が図中左右方向に移動可能な状態で収容・配置されている。この可動子１３は、円筒形状をなす複数個（この実施の形態の場合には６個）の永久磁石１５を積層・配置した構成になっている。又、上記複数個の永久磁石１５の両端にはシャフト１７、１９が取り付けられている。これらシャフト１７、１９は上記ガイド部材９、１１を貫通・配置されている。
【００１１】
上記シャフト１９にはリニアスケール部２１が設けられている。この実施の形態の場合には、シャフト１９の全周にわたって上記リニアスケール部２１が設けられた構成になっている。上記リニアスケール部２１は、縞状をなしていてスケール機能を備えた構成のものであり、アルマイト加工によって設けられている。
【００１２】
上記アルマイト加工は次のようなものである。まず、アルミニウム製のシャフト１９にスケール縞ピッチの半分の幅の溝をピッチ間隔で形成する。次に、全周にわたって黒色アルマイト表面処理を施す。次に、シャフト１９に外周切削を施して突出部を削る作業を行う。その結果、突出部が切削除去された部位はアルミの銀白色となり溝部は黒色アルマイトの黒色となる。それによって、高い光反射率部（銀白色部）と低い光反射率部（黒色部）の縞状のリニアスケール部２１が形成されることになる。
尚、段差部に摩耗分などが溜まり易いので、外周切削後の突出部と溝部は段差が無くなるよう切削することが望ましい。
【００１３】
又、上記アルマイト処理は硬質であり、耐摩耗性や耐候性も優れているので、リニアスケールとしての信頼性も高い。又、この実施の形態の場合には、既に説明したように、シャフト１９の全周にわたってリニアスケール部２１を設けているので、シャフト１９が回転してもリニアスケールとしての性能に何ら変化はない。
【００１４】
又、本実施の形態の場合には、上記リニアスケール部２１の外周側にＡ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサ３５を９０度ずつずらして設置している。よって、Ａ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサ３５の長手方向寸法が長くても干渉することはない。上記Ａ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサ３５は、反射型フォトインタラプタ（ＬＥＤ光を放射してフォトダイオードでその反射光強度を検出する）等の光センサから構成されている。
【００１５】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、シャフト１９にリニアスケール部２１を設けるようにしているので、その分リニアエンコーダの構成を簡略化してコンパクト化することができ、それによって、アクチュエータの小型化を図ることができる。
又、本実施の形態の場合には、Ａ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサ３５として光学式センサを使用しているので、ノイズ゛の問題を解消することができる。すなわち、電磁力を利用した駆動装置、例えばリニアモータや回転モータの場合には電磁波が多く発生し漏れることがある。その際、磁気式センサを採用した場合には電磁ノイズを拾い易いという事情があるが、本実施の形態のように光学式センサを使用する場合にはそのような問題はないものである。
又、磁気式センサを採用した場合には、電磁ノイズを除去するためにある種のシールド構造を採用しなければならず、それがリニアエンコーダひいてはアクチュエータの大型化を誘発していた。これに対して、本実施の形態の場合のように光学式センサを使用した場合には、そのような必要もないのでコンパクトに低コストにリニアエンコーダ内蔵型の小径アクチュエータを実現できる。
又、この実施の形態の場合には、シャフト１９の全周に渡って縞状にリニアスケール部２１を設けているので、シャフト１９の全周領域にＡ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサを配置することができセンサの設置裕度を高めることができる。又、シャフト１９が回転しても何等支障が生ずることはない。
又、アルマイト加工によってリニアスケール部２１縞を形成するようにしているので、比較的簡単な方法によって所望のリニアスケール部２１を得ることができる。
【００１６】
次に、図３及び図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、シャフト１９の全周にわたってリニアスケール部２１を設けた構成になっている。その際、リニアスケール部２１は平面でなく円筒状であるので、光学式センサのＡ相センサ３１、Ｂ相センサ３３、Ｚ相センサ３５によって受光できる光量は平面に比べ少ないという事情がある。上記リニアスケール部２１の縞ピッチが比較的ラフで反射面積が十分ある時には問題ないが、縞ピッチが細かくなってくると反射光量が足りなくなってくることがある。
【００１７】
そこで、この第２の実施の形態の場合には、シャフト１９の一部に平坦部４１を設け、その平坦部４１にリニアスケール部４３を設けるようにしたものである。
【００１８】
又、シャフト１９の平坦部４１にリニアスケール部４３を直接形成するようにした場合には、コストの上昇が懸念される。すなわち、シャフト１９の平坦部４１にリニアスケール部４３を直接設ける場合には溝切削を施す必要がある。その際、溝ピッチがラフな場合は低コストで製造できるが、溝ピッチが細かくなるとその分加工時間が長くなりコストが上昇してしまうことになる。
【００１９】
そこで、この第２の実施の形態の場合には、テープ状のリニアスケール部４３を別途作成し、それをシャフト１９の平坦部４１に取り付けるようにしたものであり、それによって低コスト化を図るようにしている。
【００２０】
上記テープ状のリニアスケール部４３を次のような方法で製造している。すなわち、銅メッキの上にニッケルをメッキした箔をフォトリソグラフィーでニッケルをエッチングし、銅部分は酸化することで，高反射率のニッケル部と低反射率の銅酸化部による３５ミクロン厚みの縞状のリニアスケール部４３を得るようにしている。このリニアスケール部４３の場合には、コストは縞ピッチに依存しないので縞ピッチが細かい時はコスト的に大変有利である。
尚、テープ状のリニアスケール部４３の種類、製造方法は色々考えられるので上記方法に限定されるものではない。
【００２１】
又、前記第１の実施の形態の場合には、シャフト１９の全周にわたってリニアスケール部２１を設けているので、シャフト１９が回転しても何等支障が生ずることはないが、この第２の実施の形態の場合には、シャフト１９に平坦部４１を設け、そこにリニアスケール部４３を設けているので、シャフト１９が回転した場合には必要な信号が十分得られなくなることが予想される。そこで、この第２の実施の形態の場合には、シャフト１９の回転を規制する回り止めを設けているものである。すなわち、ガイド部材１１に上記シャフト１９の平坦部４１の形状に対応した矩形の開口部４５を形成したものである。それによって、シャフト１９の回転は規制されることになる。よって、シャフト１９の回転によるセンサ信号の検出不具合は解消されることになる。
尚、上記開口部４５にはリニアスケール部４３との接触を避けるための逃げ部４７が形成されている。
【００２２】
尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１、第２の実施の形態の場合には、光学式のセンサの場合を一例として説明しているが、磁気式、静電容量式等の構成も想定される。
その他、各部の構成は図示したものに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに使用されるリニアエンコーダとそのリニアエンコーダを用いたアクチュエータに係り、特に、リニアスケール部の構成を改良することによりその小型化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、小型化を目的として構成される一軸アクチュエータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２（ａ）は図１のａ部を拡大して示す図、図２（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図４（ａ）は図３のａ部を拡大して示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  固定子
３  ヨーク
５  コイル
９  ガイド部材
１１  ガイド部材
１３  可動子
１５  永久磁石
１７  シャフト
１９  シャフト
２１  リニアスケール部
３１  Ａ相センサ
３３  Ｂ相センサ
３５  Ｚ相センサ
４１  平坦部
４３  リニアスケール部
４５  開口部
４７  開口部の逃げ部
【図１】
0005393952.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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